第六章聲波測井

第六章聲波測井巖石的聲學性質聲波速度測井聲波幅度測井長源距聲波全波列測井2023/2/41聲波測井

聲波在不同介質中傳播時，其速度、幅度衰減及頻率變化等聲學特性是不同的。聲波測井就是以介質聲學特性為基礎，研究鉆井地質剖面、評價固井質量等問題的測井方法。聲波測井分為聲速測井和聲幅測井。聲速測井測量地層聲波速度。地層聲波速度與地層巖性、孔隙度及孔隙流體性質等因素有關。根據(jù)地層聲波速度，可確定地層孔隙度、巖性、孔隙流體性質。

2023/2/42聲波測井

聲波是一種機械波。根據(jù)聲波頻率聲波分為

次聲波（頻率低于20Hz）；可聞聲波（20Hz至20kHz）；超聲波（頻率大于20kHz）。

第一節(jié)巖石的聲學特性2023/2/43聲波測井一、巖石的彈性1、彈性力學的基本假設1）、物體是連續(xù)的，即描述物體彈性性質的力學參數(shù)及形變狀態(tài)的物理量是空間的連續(xù)函數(shù)；2）、物體是均勻的，即物體由同一類型的均勻材料組成，在物體中任選一個體積元，其物理、化學性質與整個物體的物理、化學性質相同；3）、物體是各向同性的，即物體的性質與方向無關；2023/2/44聲波測井滿足以上基本假設條件的物體稱為理想完全線彈性體，描述介質彈性性質的參數(shù)為常數(shù)。當外力取消后不能恢復到其原來狀態(tài)的物體稱為塑性體。4）、物體是完全線彈性的，在彈性限度內，物體在外力作用下發(fā)生彈性形變，取消外力后物體恢復到初始狀態(tài)。應力與應變存在線性關系，并服從廣義胡克定律。2023/2/45聲波測井

聲波測井中聲源發(fā)射的聲波能量較小，作用在地層上的時間也很短，所以可以把巖石看作彈性體。因此，可以用彈性波在介質中的傳播規(guī)律研究聲波在巖石中的傳播特性。

在均勻無限大的地層中，聲波速度主要取決于聲波類型、地層彈性和密度。一般用下述幾個彈性參數(shù)描述巖石的彈性性質。2023/2/46聲波測井2、彈性力學參數(shù)1）、應力與應變

物體在外力作用下發(fā)生彈性形變的同時，在物體內部產(chǎn)生的抵抗其形變的力稱為內力。作用在單位面積上的彈性內力稱為應力。

根據(jù)應力方向與作用面法向的關系,應力分為:(1)、平行于體積元各面法向的應力稱為正應力；(2)

、垂直于體積元各面法向的應力稱為切應力。2023/2/47聲波測井

在外力作用下，若彈性體內的任意體積元發(fā)生體積變化，而邊角關系不變，則稱此形變?yōu)轶w形變。體積元的各邊邊長的變化率稱為線應變。

在外力作用下，若僅體積元形狀發(fā)生變化，而體積不變，則稱為剪切形變。體積元的邊角關系的變化稱為角應變（或切應變）。2023/2/48聲波測井2)、廣義胡克定律

對于完全線彈性介質,其應力與應變存在線性關系。每一應力分量等于六個應變分量的線性組合。(6-1)---含有6個應力分量的列向量。---含有6個應變分量的列向量。---含有36個元素的彈性系數(shù)方陣。2023/2/49聲波測井此外,系數(shù)矩陣C為對稱方陣，只有21個獨立元素.均勻、橫向各向同性介質(TI)對于均勻、橫向各向同性的完全線彈性介質，系數(shù)矩陣只有5個獨立的彈性系數(shù)。建立圖6-1所示坐標系.彈性系數(shù)矩陣如式(6-2)所示.2023/2/410聲波測井其中:(6-2)圖6-1橫向各向同性介質2023/2/411聲波測井(2)裂隙各向異性介質裂隙各向異性介質,一般指具有一組垂向平行裂隙的介質模型,Crampin稱其為張性擴容各向異性介質(EDA)。在EDA介質中建立如圖6-2的坐標系。此時,系數(shù)矩陣只有5個獨立的彈性系數(shù)。彈性系數(shù)矩陣如式(6-3)所示.2023/2/412聲波測井圖6-2裂隙各向異性介質(6-3)其中2023/2/413聲波測井對于均勻、各向同性的完全線彈性介質,系數(shù)矩陣只有兩個獨立的彈性系數(shù).系數(shù)矩陣形式為(6-4)式.(3)均勻、各向同性完全線彈性介質(6-4)其中:2023/2/414聲波測井其中:體應變第一下標對應受力面法線方向；第二下標對應作用力方向；應力與應變關系為：(6-5)或i=1,2,3i=xx,yy,zz正應力與正應變(6-6)J=4,5,6J=yz,zx,xy切應力與切應變2023/2/415聲波測井2）彈性力學參數(shù)A、楊氏模量E楊氏模量E定義為彈性體發(fā)生單位線應變時彈性體產(chǎn)生的應力大小。

2023/2/416聲波測井楊氏模量的單位是（牛頓/平方米）

(6-7)圖6-3楊氏模量的定義其中：△L=L-L12023/2/417聲波測井B、泊松比

彈性體在單軸外力作用下，當受力方向產(chǎn)生伸長時，自由方向縮小。泊松比等于物體自由方向的線應變與受力方向的線應變之比的負值。2023/2/418聲波測井它表示物體幾何形變的系數(shù)，無量綱。對于一切物質，泊松比介于0到0.5之間。（6－8）圖6－4泊松比定義其中：△D=D-D1△L=L-L12023/2/419聲波測井C、切變模量彈性體所受的切應力與其方向上的切應變之比為彈性體的切變模量。切變模量的單位是（牛頓/平方米）(6-9)2023/2/420聲波測井

D、體積形變彈性模量K體積形變彈性模量K定義為在外力作用下，物體所受的體應力與物體體積相對變化之比。量綱為2023/2/421聲波測井(6-10)圖6－5體積彈性模量的定義其中：△V=V1-VF=P2023/2/422聲波測井二、聲波在巖石中的傳播特性1、縱波和橫波

聲波傳播方向和質點振動方向一致的波叫縱波。聲波傳播方向和質點振動方向相互垂直的波為橫波。橫波又分為SV波和SH波。固體既可以傳播縱波也可以傳播橫波，但流體不能傳播橫波。

縱波SH波SV波圖6－6縱波、橫波傳播方向與介質質點振動方向的關系2023/2/423聲波測井2、縱波和橫波速度

聲波在彈性介質中的傳播速度定義為單位時間聲波能量傳播的距離,與介質的彈性和密度有關。在均勻各向同性介質中，縱波速度、橫波速度及速度比的表達式分別為：

縱波速度(6-11)橫波速度(6-12)縱橫波速度比(6-13)2023/2/424聲波測井三、聲波在介質分界面上的傳播特性聲波通過波阻抗（即聲速與介質體密度的乘積）不連續(xù)的界面時，發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，遵循斯奈爾反射、折射定律。即入射波、反射波、折射波在同一平面內沿不同方向傳播。圖6-7、6－8是聲波的反射和折射示意圖。2023/2/425聲波測井圖6-7、聲波在波阻抗不連續(xù)界面上的反射及折射

流體1流體2流體固體2023/2/426聲波測井固體流體固體流體圖6-8、聲波在波阻抗不連續(xù)界面上的反射及折射

2023/2/427聲波測井其中：-----入射角；-----折射角；-----入射波速度；-----折射波速度。折射定律的數(shù)學表達式：

（6－14）2023/2/428聲波測井見圖6-9。折射波將在第二介質中以速度V2

沿界面?zhèn)鞑?，對應的入射角為第一臨界角。臨界入射射圖6-9聲波在波阻抗不連續(xù)界面上的臨界入射

(6-15)2023/2/429聲波測井第二節(jié)聲波速度測井

聲波速度測井簡稱聲速測井，通過測量地層滑行波的時差△tp

（地層縱波速度的倒數(shù)，單位微秒/米或微秒/英尺），反映井壁地層的特性。.2023/2/430聲波測井1．單發(fā)雙收聲速測井儀

下井儀器包含三部分：聲系、電子線路和隔聲體。聲系由一個發(fā)射換能器T和兩個接收換能器R1、R2組成。其中，發(fā)射器和接收器之間的距離稱為源距L，相鄰接收器之間的距離稱為間距l(xiāng)。如圖6-16所示。

一、單發(fā)射雙接收聲速測井儀的測量原理2023/2/431聲波測井圖-16、井下聲系示意圖

2023/2/432聲波測井2、單發(fā)雙收聲速測井儀的測量原理1）、井內聲場分析發(fā)射器在井內產(chǎn)生聲波，聲波接收器記錄首波(首先到達接收器的聲波)到達時間。根據(jù)首波到達時間，確定首波的傳播速度，測井時,確保首波是地層縱波。2023/2/433聲波測井井內存在以下幾種波：（1）、反映地層滑行縱波的泥漿折射波；（2）、反映地層滑行橫波的泥漿折射波；圖6-17給出了井內聲波傳播的示意圖。（3）、井內泥漿直達波；（4）、井內一次及多次反射波；（5）井內流體制導波（管波或斯通利波）。2023/2/434聲波測井

圖6—17井內聲波傳播示意圖

直達波:一次反射波：地層波地層聲速測量條件2023/2/435聲波測井最小源距的確定由于Tf小于Td，所以，只要Te

小于Tf

即可。（6－16）(6-17)(6-18)2023/2/436聲波測井即:其中：整理得：a--井眼半徑（單位米),(6-19)2023/2/437聲波測井

如果發(fā)射器在某一時刻t0發(fā)射聲波，根據(jù)幾何聲學理論，聲波經(jīng)過泥漿、地層、泥漿傳播到接收器，其傳播路徑如圖6-18所示，到達Rl和R2的時刻分別為t1和t2，則時間差△T為：2）、單發(fā)雙收聲速側井儀的測量原理圖6--18、聲速測井原理圖

2023/2/438聲波測井

如果在兩個接收器之間對著的井段井徑?jīng)]有明顯變化且儀器居中，則可認為CE=DF，所以其中:為間距..(6-20)(6-21)聲波測井輸出（地層聲波時差），曲線見圖6－19所示。(6-22)2023/2/439聲波測井圖6－19聲波時差測井曲線2023/2/440聲波測井3、單發(fā)雙收聲系的缺陷

1)、井徑擴大對時差曲線的影響在井眼幾何尺寸變化的層段，時差曲線出現(xiàn)異常。在井眼擴大段的上、下界面分別出現(xiàn)時差增大和減小的尖峰。如圖6-20所示。

圖6-20、井徑擴大對時差曲線影響的實例增大減小2023/2/441聲波測井2)、儀器記錄點與實際深度點的偏移

單發(fā)雙收聲波測井儀的記錄點定義為兩個接收器的中點。其實際深度點定義為到達兩個接收器的折射波的折射點間的中點。

聲波測井的輸出代表厚度為一個間距的地層平均速度，即儀器記錄點上下0.25米厚地層的平均速度。分析測量及記錄過程可知，儀器記錄點與聲波在兩個接收器對應地層中的實際傳播路徑的中點不重合，即2023/2/442聲波測井存在一定的深度誤差，聲波在地層中實際傳播路徑的中點偏向發(fā)射器一方，二者偏移的距離為：其中：a為接收器到井壁的距離；

為第一臨界角?！畠攘黧w聲速；—地層縱波波速。

（6－23）2023/2/443聲波測井1、聲系結構

該儀器的井下聲系包括兩個發(fā)射器和兩個接收器。它們的排列方式如圖6－21所示。其中，兩個接收器之間的距離（間距）為0.5米，T1、R1和R2、T2之間的距離為1米。

二、井眼補償聲速測井圖6－21雙發(fā)雙收聲波測井儀的井眼變化補償示意圖2023/2/444聲波測井2、井眼補償原理1)、時差的確定圖6－21是這種儀器對井徑變化影響的補償示意圖。（6-25）（6-24）2023/2/445聲波測井2)、井眼補償原理由圖6-21可以看出，雙發(fā)雙收聲速測井儀的T1發(fā)射得到的△T1

和T2發(fā)射得到的△T2曲線，在井徑變化處的變化方向相反，所以，取平均值得到的曲線恰好補償了井徑變化對測量結果的影響。

2023/2/446聲波測井另外，在一定程度上測量結果降低了深度誤差。這是由于上發(fā)射時，測量地層的中點位于儀器記錄點的上方；下發(fā)射時，測量地層的中點位于儀器記錄點的下方，當接收器對應地層速度及井徑變化不大時，即可保證實際記錄點與儀器記錄點重合，不再出現(xiàn)深度誤差。2023/2/447聲波測井三、長源距聲波全波列測井

聲速測井只利用了縱波的速度信息，而聲波全波列測井則記錄聲波的整個波列，不僅可以獲得縱波的速度和幅度信息，橫波的速度和幅度信息，還可以得到波列中的其它波成分，如偽瑞利波、斯通利波等。為石油勘探和開發(fā)提供更多的信息，所以聲波全波列測井是一種較好的聲波測井方法。

2023/2/448聲波測井1、裸眼井中聲波全波列成分

在裸眼井中，接收器記錄到的聲波全波列波形圖上，包括滑行縱波、滑行橫波（硬地層）、偽瑞利波和斯通利波等各類井內聲波，如圖6－22所示。

圖6－22聲波全波列波形圖

2023/2/449聲波測井

全波列波形圖上各種波的速度、頻率、幅度及衰減性互不相同。

滑行縱波:速度快、幅度小、頻率高,為首波。

只在硬地層()才能產(chǎn)生滑行橫波，它是波列中的次首波，其速度小于滑行縱波，但幅度大于滑行縱波。

偽瑞利波是沿井壁傳播的表面波，其能量集中分布在井壁附近很小的范圍內，它具有頻散性。低頻成分2023/2/450聲波測井2、聲波全波列測井的記錄方式和記錄的信息1）、記錄方式聲波測井儀的橫向探測深度隨聲系源距增加而增大。的相速度接近于地層橫波速度，幅度明顯大于滑行橫波。斯通利波是在井內泥漿中傳播的管波。其速度和幅度與井壁地層有關，速度低于井內泥漿介質的縱波速度，幅度,頻率低。2023/2/451聲波測井圖6－23、聲波全波列測井井眼補償變化時差測量示意圖

聲波全波列測井通常采用的聲系是R12R28T12T2。間距為2ft,最小源距為8ft.如圖6－23所示.采用交替發(fā)射同時接收的方式記錄地層信息.另外,為了降低井眼不規(guī)則產(chǎn)生的影響,取不同時刻測量時間差的平均值作為地層的時間差.2023/2/452聲波測井其中：TT1、TT2為位置1處由T1發(fā)射，R1、R2

記錄到的首波旅行時；TT2、TT4為位置2處由T1、T2交替發(fā)射，R2

記錄到的首波旅行時；DT：源距為8ft的時差。單位：微秒/英尺

（6－26）2023/2/453聲波測井同理，也可以記錄源距10ft的時差DTL。其中：TT1、TT2為位置1處由T2發(fā)射，R1、R2

記錄到的首波旅行時；TT2、TT4為位置2處由T1、T2交替發(fā)射，R1

記錄到的首波旅行時；DTL：源距為10ft的時差。單位：微秒/英尺

（6－27）2023/2/454聲波測井橫波時差DTS等其它曲線。2、記錄的信息長源距聲波全波列測井輸出：TT1、TT2、TT3、TT4四條首波旅行時間曲線，縱波時差DT曲線聲波全波列波形圖（WF1-4）見圖6－24。2023/2/455聲波測井圖6－24聲波全波列測井2023/2/456聲波測井第三節(jié)聲速測井的影響因素一、地層厚度

地層厚度的大小是相對聲速測井儀的間距來說的，厚度大于間距的稱為厚層；小于間距的稱為薄層。由于聲速測井的輸出（時差）代表0.5米厚地層的平均時差，因此它們的聲速測井時差曲線存在一定差異。

1、厚層1）在地層中部時差曲線出現(xiàn)平直段，該段時差值為地層時差值。當?shù)貙訋r性或孔隙性不均勻時，曲線稍有波動，取地層中部時差曲線的平均值作為地層的時差值。

2023/2/457聲波測井

2）時差曲線的半幅點處對應于地層的上、下界面。2、薄層目的層時差受相鄰地層時差影響較大。若相鄰地層時差高于目的層的時差，則目的層時差增加；反之，目的層時差減小。不能應用曲線半幅點確定地層界面。3、薄互層間距大于互層中的地層厚度時,測井值不能反映地層的真實速度.2023/2/458聲波測井二、“周波跳躍”現(xiàn)象的影響在一般情況下，聲速測井儀的兩個接收換能器是被同一脈沖首波觸發(fā)的，對于疏松或含氣地層，由于地層聲吸收大，聲波發(fā)生較大的衰減，這時常常是首波信號只能觸發(fā)路徑較短的第一接收器的線路。首波不能觸發(fā)第二接收器，其線路只能被續(xù)至波觸發(fā)，在聲波時差曲線上出現(xiàn)“忽大忽小”的時差急劇變化的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就叫周波跳躍，如圖6－25所示。2023/2/459聲波測井圖6－25、周波跳躍現(xiàn)象2023/2/460聲波測井三、盲區(qū)雙發(fā)雙收聲系測量的地層時差是上、下兩個發(fā)射器分別工作時，由兩個接收器記錄的首波到達時間的平均值計算得到的。其時差大小反映兩接收器對應地層速度.在低速地層，上發(fā)射時聲波實際傳播距離與下發(fā)射時聲波實際傳播距離出現(xiàn)完全不重合。此時，在儀器記錄點附近一定厚度的地層對測量結果沒有任何貢獻，稱之為“盲區(qū)”。即所測時差與記錄點所在深度處地層速度無關。盲區(qū)厚度為：2023/2/461聲波測井其中：a----接收器到井壁的距離； ----第一臨界角。

（6－28）2023/2/462聲波測井

第四節(jié)聲波速度測井資料的應用

一、判斷氣層氣和油水的聲速及聲衰減差別很大。因此在高孔隙度和泥漿侵入不深的條件下，聲波測井可以較好的確定含氣疏松砂巖。氣層在聲波時差曲線上顯示的特點有：2023/2/463聲波測井

1、產(chǎn)生周波跳躍

它常見于特別疏松的砂巖氣層中，如圖6－26所示。這是由于含氣疏松砂巖具有較高的孔隙度，且孔隙內含聲吸收強的天然氣，致使聲波能量衰減大，產(chǎn)生周波跳躍。2、聲波時差增大

圖6－26氣層周波跳躍實例2023/2/464聲波測井二、識別裂縫裂縫發(fā)育地層在裂縫發(fā)育的層，由于裂縫的存在，造成聲波的反射、透射。由于裂縫內充填的流體聲吸收高，與巖石的波阻抗相差較大，因此使得接收的聲波能量降低，在聲波時差曲線上表現(xiàn)為聲波時差的增大。如圖6－27所示。2023/2/465聲波測井6－27裂縫段與致密段測井曲線對比圖2023/2/466聲波測井1、砂泥巖剖面

砂巖聲速與砂巖膠結物的性質及含量有關。通常鈣質膠結砂巖時差比泥質膠結砂巖的低，并且聲波時差隨鈣質含量增加而減小，隨泥質含量增高而增高。三、劃分地層

由于不同地層具有不同的聲波速度，所以根據(jù)聲波時差曲線可以劃分不同巖性的地層。2023/2/467聲波測井2、碳酸鹽巖剖面在碳酸鹽巖剖面中，致密石灰?guī)r和白云巖的時差最低,，如含泥質，時差稍有增高；當有孔隙或裂縫時，時差明顯增大，甚至還可能出現(xiàn)周波跳躍現(xiàn)象。3、膏鹽剖面在膏鹽剖面中，無水石膏與巖鹽的聲波時差有明顯的差異，巖鹽部分因井徑擴大，時差曲線有明顯的假異常，所以可以利用聲波時差曲線劃分膏鹽剖面。2023/2/468聲波測井四、確定地層孔隙度

1、威利時間平均公式地層聲速和地層孔隙度有關，大量數(shù)據(jù)表明，在固結、壓實的純地層中，地層孔隙度和聲波時差存在線性關系，即威利時間平均公式，如圖6－28所示。圖6－28聲波時差與孔隙度的關系圖

2023/2/469聲波測井

——孔隙中流體的聲波時差；——巖石骨架的聲波時差。

—地層孔隙度。式中——地層聲波時差，（6－29）2023/2/470聲波測井

2、威利時間平均公式的應用威利時間平均公式的使用條件:孔隙均勻分布、壓實的純地層，因此，由威利時間平均公式求出的聲波孔隙度（），對于不同的地層情況要分別處理。2023/2/471聲波測井A、粒間孔隙的石灰?guī)r及較致密的砂巖（孔隙度為18～25％）可直接利用平均時間公式計算孔隙度，不必進行任何校正。B、孔隙度為25～35％的砂巖，其聲波孔隙度需要引入流體校正系數(shù)。氣層：流體校正系數(shù)0.7；油層：流體校正系數(shù)為0.8—0.9。1)、固結壓實的純地層，分兩種情況2023/2/472聲波測井其中：a—流體校正系數(shù)；—聲波孔隙度；—流體校正后的地層孔隙度。（6－30）2023/2/473聲波測井2)、固結而壓實不夠的砂巖對于此類地層，要引入壓實校正。壓實校正的大小用壓實校正系數(shù)Cp表示，Cp與地層埋藏深度、年代及地區(qū)有關,如圖6－29所示。壓實校正后的孔隙度為：（6－31）2023/2/474聲波測井

圖6－29壓實校正系數(shù)與地層深度的關系1----勝利油田正常層系；2---勝利沙4段；3---興隆臺、曙光油田；2023/2/475聲波測井

3)、泥質砂巖由于泥質聲波時差較大，按上式計算的孔隙度偏大，必須進行泥質校正。由下式計算地層孔隙度。

（6－32）2023/2/476聲波測井1、壓實純地層聲波孔隙度的計算2023/2/477聲波測井2、壓實泥質地層聲波孔隙度的計算2023/2/478聲波測井3、欠壓實泥質地層聲波孔隙度的計算2023/2/479聲波測井例1已知：

求：地層孔隙度

φ。解：由得2023/2/480聲波測井2、已知：Vsh=20%，求:泥質校正后的地層孔隙度。

解：2023/2/481聲波測井3、已知：求：壓實校正以后的地層孔隙度。解：壓實校正前：壓實校正后：2023/2/482聲波測井四、其它應用1、異常地層壓力預測

地層壓力指地層孔隙流體壓力。沉積巖層的流體壓力等于其靜水壓力，并對應一個正常壓力梯度。在一些地區(qū)地層壓力高于或低于有正常壓力梯度計算的數(shù)值，即地層壓力出現(xiàn)異常。地層壓力高于正常值的地層稱為異常高壓地層；地層壓力低于正常值的地層稱為異常低壓地層。2023/2/483聲波測井

對泥巖時差研究發(fā)現(xiàn)，它可以成功地預測鄰近儲層的地層壓力。在半對數(shù)坐標系上作泥巖時差與深度的關系。在正常壓力下，數(shù)據(jù)點都落在正常壓實趨勢線上；高壓異常地層的數(shù)據(jù)點落在趨勢線的右側，時差增大；低壓異常地層的時差小于正常值，數(shù)據(jù)點落在趨勢線的左側。如圖6-30所示。

2023/2/484聲波測井

圖6-30、地層異常壓力檢測

地層壓力的計算方法：1）、正常地層壓力的計算

某一深度地層的正常壓力等于地層壓力梯度與地層深度的乘積。單位是

圖件構成:半對數(shù)坐標系;

數(shù)據(jù)點:2023/2/485聲波測井其中：D—地層深度；（m）g—重力加速度；—孔隙流體的平均體密度。2）、異常地層壓力的計算應用等效深度法計算異常地層壓力。其原理為(6-33)2023/2/486聲波測井（1）、地下某一深度地層所受上覆地層壓力為(6-34)2023/2/487聲波測井（2）、深度不同、孔隙度相同的泥巖地層，其顆粒所受的壓應力相同(6-35)2023/2/488聲波測井（3）異常壓力地層的地層壓力計算2023/2/489聲波測井即：(6-36)其中：—異常地層壓力；—正常壓力層深度；—異常壓力層深度；

—深度內地層平均密度。

2023/2/490聲波測井例：已知：超壓地層深度10700英尺，等效深度4300英尺．（１英尺＝0.3048米）

求：地層異常壓力；泥漿密度．地層壓力量綱千克／平方厘米：地層壓力梯度0.08;上覆巖層壓力梯度0.23.地層壓力量綱lb/平方英寸：地層壓力梯度0.465;上覆巖層壓力梯度１.0.2023/2/491聲波測井H1=10700*0.3048=3261m;H2=4300*0.3048=1310m;深度換算Pf2=800*1310=1048000千克／平方米P1-P2=2300*(H1-H2)=2300*1951=4487300千克／平方米正常壓力PF1=PF2+P1-P2=1048000+4487300=5535300千克／平方米異常壓力計算DENM=PF1/H1=5535300/3261=1697千克／立方米＝1.7克／立方厘米泥漿密度計算2023/2/492聲波測井2、巖石強度分析

巖石強度指巖石承受各種壓力的特性。根據(jù)聲波、地層密度測井資料，可以連續(xù)計算自然條件下巖石的各種彈性模量，以對巖石強度進行全面分析。用測井資料計算的巖石彈性模量為動態(tài)彈性模量，與實驗室采用靜壓應變測量的彈性模量（靜態(tài)彈性模量）不同。根據(jù)均勻各向同性的線彈性介質的波速與彈性模量的關系，可以計算地層的各種彈性模量。

2023/2/493聲波測井（6-37）2023/2/494聲波測井其中：、——分別為地層的縱波、橫波時差；（微秒/米）——地層密度；克/立方厘米；

E、K、λ、μ—分別為楊氏模量、體積彈性模量、拉梅常數(shù)及剪切模量，.

2023/2/495聲波測井與地層強度有關的復合彈性模量B及斯侖貝謝比R:

（6－38）2023/2/496聲波測井

B的單位為。在計算復合模量前，需要對測井資料作烴影響校正。對于砂巖，B表示出砂指數(shù)。經(jīng)驗表明，當含油砂巖的B≥3時，在正常壓差下采油不出砂；當2≤B<3時，出少量砂；當B<2時，采油過程中會出較多的砂，應采取防砂措施。與B相比，R能更好地反映地層的強度和穩(wěn)定性。經(jīng)驗表明，可作為判別含油氣砂巖出砂的門檻值，小于此值則可能出砂。

2023/2/497聲波測井其中：FPG-----破裂壓力梯度，psi/ft；D-----深度，ft；----地層泊松比，小數(shù)，無量綱；3、預測地層破裂壓力梯度利用聲波資料還可以預測地層破裂壓力梯度。破裂壓力梯度（FPG）等于：（6－39）2023/2/498聲波測井----上覆地層壓力，psi；-----地層壓力（孔隙流體壓力），psi。1psi=6.889×1000Pa.1Pa=1牛頓/平方米2023/2/499聲波測井

在沒有橫波資料的情況下，可由聲波與密度測井求出的偽q因子計算泊松比：（6－40）其中：、分別為聲波孔隙度和密度孔隙度。2023/2/4100聲波測井

3、裂縫檢測

聲波全波列測井資料能夠指示地層裂縫。由于聲波通過裂縫時，其幅度都會減小，表現(xiàn)在波形圖上就是聲波幅度減小。聲波幅度衰減程度取決于波的性質（類型、頻率）、裂縫傾角（水平裂縫、低角度裂縫、高角度裂縫）、裂縫張開度等因素。水平縫對橫波幅度影響大；高角度裂縫對縱波幅度影響大。垂直傳播的縱波和橫波其衰減量與裂縫傾角的函數(shù)關系如圖6－31所示。

2023/2/4101聲波測井圖6－31、縱波（P）和橫波（S）的衰減量與裂縫角度的關系2023/2/4102聲波測井

目前用于檢查固井質量的聲幅測井有水泥膠結測井、變密度測井等測井方法。一、水泥膠結測井（CBL）1、水泥膠結測井的原理套管波：沿井軸方向在套管內傳播的聲波，其時差大約為57微秒/英尺。第五節(jié)固井質量評價2023/2/4103聲波測井一界面：套管和水泥環(huán)間的界面。二界面：水泥環(huán)和地層間的界面。自由套管：套管外為流體介質。水泥面：套管外固體水泥與泥漿之間的界面。串槽：固井后，由隔層相隔的兩個或多個滲透性地層流體通過一界面或二界面相通的現(xiàn)象。套管井的井身結構如圖6－32所示。2023/2/4104聲波測井套管水泥環(huán)地層套管波圖6－32套管井的井身結構圖2023/2/4105聲波測井

1）、水泥膠結測井的聲系結構水泥膠結測井的井下儀如圖6－33所示，聲系為單發(fā)單收聲系，源距1米。發(fā)射器發(fā)射的聲信號的頻率為20千赫。2）、水泥膠結測井的原理水泥膠結測井的主要目的是利用套管波幅度檢查套管和水泥環(huán)間的膠結程度。其測量原理為：2023/2/4106聲波測井

圖6－33水泥膠結測井原理圖一界面二界面2023/2/4107聲波測井

A、套管波的產(chǎn)生：聲波以臨界角入射到套管內壁，在套管內激發(fā)套管波；B、套管波沿套管傳播時，在井內產(chǎn)生臨界折射波，此波被井內接收器接收并記錄其首波幅度；C、套管波幅度與一界面的膠結程度有關，一界膠結良好，套管波幅度低；一界膠結差，套管波幅度高。這樣，就得到了一條隨深度變化的套管波幅度曲線，以反映一界面膠結情況。2023/2/4108聲波測井2、套管波幅度的影響因素1）、測井時間：為保證灌入到管外環(huán)行空間的水泥充分凝固，一般在固井后24小時到48小時測井最好，過早或過晚都會造成測井值的失真。2）、水泥環(huán)的厚度：實驗證明，水泥環(huán)厚度大于2厘米，其對測井曲線的影響基本固定；小于2厘米，隨水泥環(huán)厚度的減小，測井值升高（失真），因此，在對資料進行解釋時，應參考井徑曲線。

2023/2/4109聲波測井

3）、井內泥漿氣侵：井內泥漿氣侵造成聲波幅度的降低，造成膠結良好的假象。4）、儀器偏心：與井內泥漿氣侵一樣，儀器偏心也造成聲幅的降低，造成膠結良好的假象。3、水泥膠結測井曲線的應用水泥膠結測井曲線如圖6－34所示。圖中曲線分兩部分：1）、自由套管部分；2）、管外有固體水泥部分。2023/2/4110聲波測井

圖6－34水泥膠結測井曲線實例自由套管管外有固結的水泥2023/2/4111聲波測井

根據(jù)套管波幅度與一界面的膠結程度的關系，一般認為，一界面膠結良好，套管波幅度低；一界面膠結差，套管波幅度高。2023/2/4112聲波測井CBL套管波幅度低一界面膠結好圖6－35CBL測井曲線2023/2/4113聲波測井CBL套管波幅度高一界面膠結差圖6－36CBL測井曲線2023/2/4114聲波測井

相對幅度也可以評價一界面膠結情況。2023/2/4115聲波測井

相對幅度越大，表明固井質量越差，一般分為三個等級：相對幅度小于20%，膠結良好；相對幅度介于20—40%，膠結中等；相對幅度大于40%，膠結不好（串槽）。

2023/2/4116聲波測井圖6－37CBL測井曲線自由套管一界面膠結差一界面膠結中等